交互式水力整流消能系统及水力消能整流方法技术方案

本发明专利技术属于水利工程技术领域，特别是涉及一种交互式水力整流消能系统及水力消能整流方法，该系统包括闸门、引水渠、前池、进水池、离散式底坎、离散式反向挑流消能墩、窗式整流梁和消涡板；所述引水渠、前池和进水池依次设置在闸门的后面；所述离散式底坎设置在闸门后面的引水渠的前部，沿引水渠中心线对称分布；所述离散式反向挑流消能墩布置在引水渠的中部，且位于离散式底坎的后面，沿引水渠中心线与离散式底坎呈交错式对称分布；所述窗式整流梁布置在前池的前部；所述消涡板布置在前池的后部。本发明专利技术能够有效解决闸控泵站运行过程中前池和进水池中存在水流流态不稳定和泥沙淤积的问题。

【技术实现步骤摘要】
交互式水力整流消能系统及水力消能整流方法
本专利技术属于水利工程
，特别是涉及一种交互式水力整流消能系统及水力消能整流方法。
技术介绍
在我国的许多泵站中，特别是引黄泵站，在运行设计中受到引水条件和地理条件的限制，需要闸门控制引水，从而形成闸下射流，且射流会直冲前池、进水池和泵室，导致流态恶化，带来汽蚀、泥沙淤积、机组和泵房强烈振动、泵站效率降低和运行效益下降等一系列问题，且随着闸前水位的升高，前池和进水池的运行特性也发生变化，进一步导致泵站运行工况不稳，振动更加强烈，最终迫使机组停止运行。这些问题不仅严重的影响了机组的寿命和工作人员的身心健康，还增加了泵站维修维护的工作量。目前国内外针对泵站前池和进水池的水力消能措施整流措施主要连续底坎、立柱、导流墩、导流墙、导水锥和压水板等，针对不同泵站前池和进水池的流动特点，采取不同的整流措施，实际应用已经证明了这些措施能够有效地改善前池、进水池流态。在采用连续底坎和立柱整流措施时，如果泵站引水中含有泥沙，底坎和立柱后存在绕流漩涡，容易引起泥沙淤积，而导流墩、导流墙主要用于具有明显主流方向特点的前池和进水池，导水锥主要用于水泵进口附近的流态整治，压水板主要用于加大前池池底流速，防止泥沙淤积。鉴于此，对于很多沿黄闸控泵站来说，由于闸底射流从前池和进水池底部直冲泵室，且容易形成水跃，所以不存在主流，同时水流中含有大量的泥沙，很容易在前池和进水池产生泥沙淤积，上述整流措施效果不明显，整流后前池和进水池内流态差，所以必须寻求一种有效的水力消能整流方法来消除闸下射流能量、改善流态和减小泥沙淤积，保证进水池内水流稳定，是本领域技术人员必须解决的问题。
技术实现思路
旨在克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供了一种交互式水力整流消能系统及水力消能整流方法，能够有效解决闸控泵站运行过程中前池和进水池中存在水流流态不稳定和泥沙淤积的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：本专利技术的一种交互式水力整流消能系统，包括闸门、引水渠、前池、进水池、离散式底坎、离散式反向挑流消能墩、窗式整流梁和消涡板；所述引水渠、前池和进水池依次设置在闸门的后面；所述离散式底坎设置在闸门后面的引水渠的前部，沿引水渠中心线对称分布；所述离散式反向挑流消能墩布置在引水渠的中部，且位于离散式底坎的后面，沿引水渠中心线与离散式底坎呈交错式对称分布；所述窗式整流梁布置在前池的前部；所述消涡板布置在前池的后部。进一步地，所述离散式底坎的数量为4个，所述离散式反向挑流消能墩的数量为3个。进一步地，所述离散式底坎的高度为引水渠水深的十分之一，位于引水渠的底部；所述离散式底坎的形状为圆柱体，横截面为圆形，纵截面为矩形。进一步地，所述离散式反向挑流消能墩的高度为引水渠水深的三分之一，位于引水渠的底部；所述离散式反向挑流消能墩的迎水面为与水流反向的圆弧曲面，背水面为半圆柱体，横截面为矩形和半圆形，纵截面为由圆弧曲线构成的异形。进一步地，所述离散式底坎的高度为引水渠水深的十分之一，位于引水渠的底部；所述离散式底坎的形状为四棱柱体，横截面为四边形，纵截面为矩形。进一步地，所述离散式反向挑流消能墩的高度为引水渠水深的三分之一，位于引水渠的底部；所述离散式反向挑流消能墩的迎水面为与水流反向的圆弧曲面，背水面为三棱柱体，横截面为矩形和三角形，纵截面为由圆弧曲线构成的异形。进一步地，所述窗式整流梁的底端位于前池水深的四分之三处，顶端高于前池水面；所述窗式整流梁为类窗体，横截面为梯形，纵截面为三字型。进一步地，所述消涡板的底端位于前池水深的五分之四处，顶端高于前池水面；所述消涡板倾斜布置，与水流方向呈135度；所述消涡板的形状为六面体，横截面是梯形，纵截面是倾斜的矩形。进一步地，所述消涡板的厚度为100mm。本专利技术还提供了一种基于上述的交互式水力整流消能系统的水力消能整流方法，包括以下步骤：步骤1，开启闸门至引水渠水深的四分之一到二分之一处，闸控引水产生的具有较大能量的闸下射流，经过离散式底坎后，形成了多股射流；步骤2，多股射流经过与离散式底坎交错布置的离散式反向挑流消能墩的迎水面反向水流圆弧曲面将射流挑起，形成表面水跃；步骤3，经过水跃消能后的水流经过窗式整流梁的消涡和整流作用，消除了部分能量和回流；步骤4，水流流至消涡板，在经过消涡板后分为两部分，一部分水流则绕过消涡板后向上翻滚，形成板后旋涡，消除水流中的残余能量，另一部分稳定均匀的水流向下运动，流向进水池。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术的交互式水力整流消能系统具有两种功能，一种是水力消能功能，另一种是水力整流功能。闸控引水产生的具有较大能量的闸下射流，经过离散式底坎后，形成了多股射流，形成的多股射流经过与离散式底坎交错布置的离散式反向挑流消能墩的迎水面反向水流圆弧曲面将射流挑起，形成表面水跃，利用水跃来消能；交错布置的离散式底坎和离散式反向挑流消能墩，不仅缩短了池底闸下射流的长度，而且由于过流断面的减小，加大了底部流速，有效的防治了泥沙淤积。经过水跃消能后的水流仍存在旋涡和回流，经过窗式整流梁的消涡和整流作用，消除了部分能量和回流；水流再经过消涡板后分为两部分，一部分水流则绕过消涡板后向上翻滚，形成板后旋涡，消除水流中的残余能量，另一部分稳定均匀的水流向下运动，流向进水池；窗式整流梁和消涡板同时能够加大池底流速，有效防治了泥沙在前池和进水池的淤积，保证了进水池水流均匀稳定，水泵机组稳定、安全可靠的运行。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一交互式水力整流消能系统的俯视结构示意图；图2是图1的A-A剖面图；图3是本专利技术实施例二交互式水力整流消能系统的俯视结构示意图；图4是图3的A-A剖面图。图中序号所代表的含义为：1.闸门，2.引水渠，3.前池，4.进水池，5.离散式底坎，6.离散式反向挑流消能墩，7.窗式整流梁，8.消涡板。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和图2所示，本实施例的交互式水力整流消能系统，包括闸门1、引水渠2、前池3、进水池4、离散式底坎5、离散式反向挑流消能墩6、窗式整流梁7和消涡板8；所述引水渠2、前池3和进水池4依次设置在闸门1的后面；所述离散式底坎5设置在闸门1后面的引水渠2的前部，沿引水渠2中心线对称分布；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交互式水力整流消能系统，其特征在于，包括闸门、引水渠、前池、进水池、离散式底坎、离散式反向挑流消能墩、窗式整流梁和消涡板；所述引水渠、前池和进水池依次设置在闸门的后面；所述离散式底坎设置在闸门后面的引水渠的前部，沿引水渠中心线对称分布；所述离散式反向挑流消能墩布置在引水渠的中部，且位于离散式底坎的后面，沿引水渠中心线与离散式底坎呈交错式对称分布；所述窗式整流梁布置在前池的前部；所述消涡板布置在前池的后部。/n

【技术特征摘要】
1.一种交互式水力整流消能系统，其特征在于，包括闸门、引水渠、前池、进水池、离散式底坎、离散式反向挑流消能墩、窗式整流梁和消涡板；所述引水渠、前池和进水池依次设置在闸门的后面；所述离散式底坎设置在闸门后面的引水渠的前部，沿引水渠中心线对称分布；所述离散式反向挑流消能墩布置在引水渠的中部，且位于离散式底坎的后面，沿引水渠中心线与离散式底坎呈交错式对称分布；所述窗式整流梁布置在前池的前部；所述消涡板布置在前池的后部。


2.根据权利要求1所述的交互式水力整流消能系统，其特征在于，所述离散式底坎的数量为4个，所述离散式反向挑流消能墩的数量为3个。


3.根据权利要求1所述的交互式水力整流消能系统，其特征在于，所述离散式底坎的高度为引水渠水深的十分之一，位于引水渠的底部；所述离散式底坎的形状为圆柱体，横截面为圆形，纵截面为矩形。


4.根据权利要求1或者3所述的交互式水力整流消能系统，其特征在于，所述离散式反向挑流消能墩的高度为引水渠水深的三分之一，位于引水渠的底部；所述离散式反向挑流消能墩的迎水面为与水流反向的圆弧曲面，背水面为半圆柱体，横截面为矩形和半圆形，纵截面为由圆弧曲线构成的异形。


5.根据权利要求1所述的交互式水力整流消能系统，其特征在于，所述离散式底坎的高度为引水渠水深的十分之一，位于引水渠的底部；所述离散式底坎的形状为四棱柱体，横截面为四边形，纵截面为矩形。


6.根据权利要求1或者5所述的交互式水力整流消能系统，其特征在于，所述离散式反向挑流消能墩...

【专利技术属性】
技术研发人员：高传昌，刘伟，李君，高志锴，孙龙月，李晓超，高余鑫，董旭敏，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41